JP2001047518A

JP2001047518A - 立体物の製造方法および立体物製造装置

Info

Publication number: JP2001047518A
Application number: JP2000130686A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takabe; 篤高部
Original assignee: Leben Inc
Current assignee: Leben Inc
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】パーソナルコンピュータを利用し、簡単にかつ
低コストで模型等の立体物を作製可能とする。【解決手段】情報処理装置から制御指令が与えられる
と、立体物製造装置は、この制御指令により与えられる
移動経路にそって、ノズル５と形成台３とを相対的に移
動させながら、この制御指令により与えられるタイミン
グで、溶融した臘６等が付着した粒状物７をノズル５か
ら形成台３に向けて吐出させる。このときノズル５から
順次吐出された粒状物７は、その表面の臘６等によっ
て、形成台３上の臘付き粒状物６,７の表面に付着し、
適当な冷却時間経過後にそこに固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体地図等のジオ
ラマ、模型、臘型の製造に適した、立体物の自動製造技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】模型、臘型、ジオラマ等の立体モデル
は、通常、木、石膏等で作製された型にプラスチック成
形材料等を流し込み、それを硬化させることによって形
成されたり、ＮＣ旋盤等による切削加工によって形成さ
れることが多い。また、最近では、エポキシ樹脂を膜状
にして、レーザ照射して積み上げる加工方法もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のいずれの技術の実施にも、相当な労力を費やされる
上、ＮＣ旋盤、レーザ照射装置等、大がかりで高価な加
工機も必要となる。さらに、上記従来の技術は、いずれ
も、それに携わる作業者に高度な熟練を必要とするもの
である。

【０００４】そこで、本発明は、単純な構成の製造装置
で実施することができる、立体物の製造方法を提供する
ことを第一の目的とする。また、立体物を簡単に製造す
ることができ、しかも、装置構成が単純な立体物製造装
置を提供することを第二の目的とする。そして、これら
の課題の達成により、パーソナルコンピュータを利用
し、簡単にかつ低コストで模型等の立体物を作製可能と
するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、立体物を自動的に製造する、立体物の製
造方法であって、接着力を有する粒状物、または、接着
力を有する塗膜が付着した粒状物を１以上のノズルから
形成台に向けて放出させながら、前記形成台と前記１以
上のノズルとを相対的に移動させることにより、前記粒
状物群で前記立体物の断層パターンを前記形成台上に形
成するステップ、および、前記形成台と前記１以上のノ
ズルとを相対的に移動させながら、当該１以上のノズル
から接着剤を形成台に向けて放出させ、当該接着剤の付
着領域に付着するように当該１以上のノズルから粒状物
を放出させるステップ、のうちのいずれか一方のステッ
プを、前記断層パターンの積層により前記立体物が形成
されるまで繰り返すことを特徴とする、立体物の製造方
法を提供する。

【０００６】また、本発明は、この、立体物の製造方法
の実施に適した装置として、立体物を自動的に製造する
立体物製造装置であって、前記立体物が形成される形成
台と、１以上のノズルと、外部からの制御指令に応じ
て、前記形成台と前記１以上のノズルとを相対的に移動
させる移動手段とを備え、前記１以上のノズルは、接着
力を有する粒状物、および、接着力を有する塗膜が付着
した粒状物のうちの何れか一方を、外部からの制御指令
に応じて前記形成台に向けて放出する、または、外部か
らの制御指令に応じ、前記形成台に接着剤を向けて放出
するとともに、当該接着剤の付着領域に付着するように
粒状物を前記形成台に向けて放出する、ことを特徴とす
る立体物製造装置を提供する。

【０００７】ここで、接着力を有する粒状物、または、
接着力を有する塗膜が付着した粒状物は、ノズルから放
出されたときに、他のものに接着し得る粒状のものであ
れば足り、ノズル内部における貯蔵状態がどのようであ
るかは問わない。

【０００８】また、接着力を有する粒状物は、立体物を
構成するときに固体であれば足り、ノズルから放出され
たときに、液状であるか、固体であるかも問わない。

【０００９】なお、以上において、本発明を特定するた
めに必要な事項として挙げた構成要件は、可能な限りの
組合せの自由度を有し、その組合せのいずれもが発明を
構成するものとする。その組合せの具体例を本発明の実
施形態として以下に説明するが、以下に示す実施形態
は、あくまでも一例であって、そこで示した発明特定事
項の一部を適宜に削除した形態を、本発明の実施の形態
から排除することを意味するものではない。

【００１０】また、以下において具体的に示された各構
成要件は、いずれも、機能において同一とされる上位概
念に含まれる下位概念の１つに過ぎないものであるた
め、機能において同一の他の構成によって代替すること
ができる。したがって、いずれも、それと同一の機能を
有する手段として包括的に表現することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明に係るの実施の一形態について説明する。

【００１２】本実施の形態に係る立体物製造装置は、主
として、立体形成物の模型や、臘型や、立体地図等のジ
オラマを自動的に形成するものであり、図１に示すよう
に、基台２と、該基台２の上に移動可能に積層させた立
体物１を上面に形成する形成台３と、該形成台３の上方
に備えたノズル機構４ｂ、該ノズル機構４ｂに備えた単
数又は複数のノズル５と、少なくとも表面が貼着状態に
ある溶融物質又は粒状物７をノズル５の先端から送出さ
せる送出手段、前記形成台３およびノズル機構４ｂのう
ちのいずれか一方を移動させる横方向移動手段８と縦方
向移動手段９と高さ方向移動手段１０とを備え、横方向
と縦方向と高さ方向との三次元情報を入力したコンピュ
ータに入力された三次元情報に基づいて横方向移動手段
８と縦方向移動手段９と高さ方向移動手段１０によって
形成台３とノズル５との相対位置を最初の設定位置に位
置させると共に前記三次元情報に基づいた相対位置を順
次移動させながら、ノズル５の先端から、少なくとも表
面が貼着状態にある溶融物質又は粒状物７を送出させる
ものである。

【００１３】即ち、本発明の立体物１の形成装置の実施
例は、図１に示すように、基台２と、該基台２の上に移
動可能に積層させた上面に立体物１を形成するための形
成台３と、該形成台３の上方に配設されたノズル機構４
ｂとからなるものである。

【００１４】そして、前記基台２の四角には棒螺子１０
３ａ,１０３ｂをそれぞれ回動可能に貫通させて立設さ
せており、四角の棒螺子の内、それぞれ前後方向の一対
の棒螺子の上方には板状のノズル機構台１０４ａ,１０
４ｂをそれぞれ回動可能に貫通させており、更に、それ
ぞれのノズル機構台１０４ａ,１０４ｂには後述する横
方向移動手段８を付設すると共に、後述するノズル機構
４ｂが搭載されたヘッド４をスライド自在とするスライ
ド杵８４を横設しているものである。

【００１５】つまり、ヘッド４には、スライド杵８４が
スライド自在に貫通しており、ノズル機構４ｂは、ヘッ
ド上部に後述する溶融物質又は粒状物７の基材を投入す
るホッパ４ａを備え、ホッパ４ａと連通させて単数又は
複数のノズル５をヘッド下部に備えている。そして、該
ノズル５には後述する送出手段を備えている。

【００１６】そして、溶融物質又は粒状物７は金属、合
成樹脂、臘等であり、少なくとも表面が溶離状態又は接
着剤塗布状態等の貼着状態にあるもので、図４に示すも
のは、溶融物質又は粒状物７がノズル機構４ｂのノズル
５から送出されており、表面が貼着状態にあるため順次
貼着され立体物１を形成するものである。

【００１７】更に、実施例の図３(ａ)に示したものは、
ノズル５に充填させた粒状物７であり、ノズル５の先端
辺には送出手段とする接着剤供給管５２を接続させ、接
着剤６を電熱器５３で加熱するもので、図３(ｂ)に示し
たものは、電熱器５３で加熱することにより接着剤６を
液化させ粒状物７の表面に塗布され、図３(ｃ)に示すよ
うに、粒状物７はノズル５の先端より送出させるもの
で、表面は貼着状態となっており、送出された粒状物７
は順次貼着されるものである。

【００１８】次いで、次実施例の図１０(ａ)に示したも
のは、ノズル５の上方に出没自在としたストッパー５４
を設け、該ストッパー５４の上方に粒状物７を充填さ
せ、ノズル５の先端辺をやや長めの管状部として、管状
部に粒状物７を通過させる際に加熱する電熱器５３ａを
設けているものであり、図１０(ｂ)に示すように、スト
ッパー５４を操作して管状部に粒状物７を一粒ずつ通過
させ電熱器５３ａで加熱することにより表面を貼着状態
として、図１０(ｃ)に示すように、粒状物７はノズル５
の先端より送出され、送出後は周辺雰囲気の温度により
低温と成り凝固して順次貼着されるものである。

【００１９】更には、他の実施例の図１１(ａ)に示した
ものは、ノズル５に充填させた溶融物質７であり、ノズ
ル５の先端辺に電熱器５３を設け、図１１(ｂ)に示すよ
うに、溶融物質７を電熱器５３で加熱することにより液
化させ、図１１(ｃ)に示すように、一定量ずつ切れてノ
ズル５の先端より送出するもので、図１１(ｄ)に示すよ
うに、溶融物質７は表面張力により滴下状態で送出され
ると共に、溶融物質７の表面は液化され貼着状態と成っ
ているもので、送出された溶融物質７は周辺雰囲気の温
度により低温と成り凝固して順次貼着されるものであ
る。

【００２０】尚、ノズル５の先端より送出された一定量
の溶融物質又は粒状物７は周辺雰囲気によって順次貼着
させるものであるが、貼着を促進させるために空冷、水
溶液、薬品等の吹き付けることも可能である。

【００２１】そして、横方向移動手段８は、図１に示す
ように、ノズル機構台１０４ａ,１０４ｂに横方向駆動
モータ８２を付設して、該横方向駆動モータ８２の駆動
軸とプーリー８１,８５、ベルト８３等を介装してノズ
ル機構４ｂに接続させ、横方向駆動モータ８２を駆動さ
せることによってノズル機構４ｂはスライド杵８４に沿
って横方向、つまり、図１における左右方向に移動する
ものである。

【００２２】縦方向移動手段９は、前記基台２に縦方向
駆動モータ９２を内装し、該縦方向駆動モータ９２の駆
動軸とプーリー９３,９４、ベルト９１等を介装して形
成台３に接続させ、縦方向駆動モータ９２を駆動させる
ことによって形成台３を縦方向、つまり、図１における
前後方向に移動させるものである。

【００２３】そして、高さ方向移動手段１０は、前記基
台２に高さ方向駆動モータ１０１を内装し、該高さ方向
駆動モータ１０１の駆動軸とギア等を介装して接続させ
た棒螺子１０３ａ,１０３ｂを回動させるものであり、
棒螺子１０３ａ,１０３ｂを回動させることによって、
棒螺子１０３ａ,１０３ｂを回動可能に貫通させたノズ
ル機構台１０４ａ,１０４ｂが高さ方向、つまり、図１
における上下方向に移動するものである。

【００２４】前記横方向移動手段８、縦方向移動手投
９、及び、高さ方向移動手段１０は実施例では駆動源と
して電動モータ８２、９２、１０１を用いているもので
あるが、エア、オイルシリンダー等で移動させるように
したものでも構わないものであり、又、形成台３側又は
ノズル機構４ｂ側のいずれに設けても良く、形成台３と
ノズル５との相対位置が設定できるものなら構わないも
のである。

【００２５】更に、コンピュータ(図示しない)は横方向
と縦方向と高さ方向との三次元情報を入力しており、横
方向移動手段８と縦方向移動手段９と高さ方向移動手段
１０とに情報を出力し、形成台３とノズル５との相対位
置を最初の設定位置に位置させると共に、ノズル５から
溶融物質又は粒状物７を送出させるものである。そし
て、最初の設定位置でのノズル５から溶融物質又は粒状
物７の送出が完了すると順次三次元情報に基づいた相対
位置を移動させながら、ノズル５の先端から溶融物質又
は粒状物７を送出させるものである。

【００２６】即ち、コンピュータは横方向と縦方向と高
さ方向との三次元情報で設定した最初の設定位置でノズ
ル５の先端から溶融物質又は粒状物７を送出するもので
あり、溶融物質又は粒状物７は表面が貼着状態となって
おり、形成台３の上面に最初の溶融物質又は粒状物７を
貼着させるものであり、次いで、横方向移動手段８を移
動させて立体物１の最初の一列を形成するものである。

【００２７】立体物１の最初の横方向の一列の形成後
は、縦方向移動手段９を駆動させて縦方向に溶融物質又
は粒状物７の大きさ分移動させて２列目を形成するもの
であり、前記を順次繰り返すことにより立体物１の最下
段の一段目を形成するものであり、次いで、前述を繰り
返すことにより二段目以降を形成するものである。

【００２８】更に、立体物１に色の指定がある場合は、
溶融物質又は粒状物７を予め着色してノズル機構４ｂに
充填するもので、複数のノズル５を用いることによって
多色を用いた配色を可能とするものであり、更には、予
め混合による色合いの表現を計算して、隣合う色合いの
溶融物質又は粒状物７によって色彩効果を演出すること
も可能である。

【００２９】以下、さらに、より具体的に説明する。

【００３０】まず、図１および図３により、本実施の形
態に係る立体物製造装置の構成について具体的に説明す
る。なお、本実施の形態では、複数色の立体物１、例え
ば、立体地図等のジオラマ、複数色の模型、複数色の臘
型等を製造対象とする場合を例に挙げる。

【００３１】本実施の形態に係る立体物製造装置は、図
１に示すように、ベース２(基台)、ベース２上にのせら
れた形成台３、ヘッド４、形成台３をＸ方向に往復移動
させるＸ方向送り機構９(縦方向移動手段)、ヘッド４を
ＹＺ方向に往復させるＹ方向送り機構８(横方向移動手
段)およびＺ方向送り機構１０(高さ方向移動手段)、各
送り機構の駆動モータを制御するモータコントローラ
(不図示、図２の２００)を備えている。

【００３２】ベース２には、Ｘ方向への案内面２ａが形
成されている。形成台３は、この案内面２ａ上にのせら
れている。また、ベース２には、Ｘ方向送り機構９の固
定具(後述)が移動するための長孔が案内面２ａに沿って
形成されている。さらに、ベース２の４つのコーナー部
には、それぞれ、貫通孔が形成されている。

【００３３】Ｘ方向送り機構９は、駆動モータ９２、駆
動モータ９２の駆動軸の回転が伝達する駆動プーリー９
３、駆動プーリー９３とＸ軸方向に並ぶように形成台３
(固定部不図示)に固定された従動プーリー９４、２つの
プーリー９３,９４間にＸ方向にかけ渡されたベルト９
１、ベルト９１に形成台３を固定した固定具９５を備え
ている。このような構成において、駆動モータ９２の駆
動軸の回転が駆動プーリー９３に伝えられると、従動プ
ーリー９４との間に張られたベルト９１が送られ、この
ベルト９１に固定具９５で接続された形成台３がＸ方向
に往復移動する。

【００３４】Ｚ方向送り機構１０は、ベース２の各コー
ナー部の貫通孔に回転可能に支持された歯車１０３ｃ付
きの送りネジ１０３ａ,１０３ｂ(棒ねじ)、Ｘ方向に並
んだ２本の送りネジ１０３ａ,１０３ｂのネジ部にはま
る雌ネジが切られた２つの移動台１０４ａ,１０４ｂ(ノ
ズル機構台)、各送りネジごとに設けられた駆動モータ
１０１(１台のみ図示)、駆動モータ１０１の動力を送り
ネジ１０３ａ,１０３ｂに伝達するためのスプライン軸
１０２(１本のみ図示)を有している。このような構成に
おいて、各駆動モータ１０１の駆動軸の回転がスプライ
ン軸１０２を介して送りネジ１０３ａ,１０３ｂの歯車
１０３ｃに伝えられると、それらの送りネジ１０３ａ,
１０３ｂにネジ部同士でかみあった移動台１０４ａ,１
０４ｂがＺ方向に往復移動する。なお、ヘッド４は、後
述するように、これら２つの移動台１０４ａ,１０４ｂ
の間にかけ渡された２本の軸８４(スライド杵)に取り付
けられているため、これら２つの移動台１０４ａ,１０
４ｂとともにＺ方向に往復移動する。

【００３５】Ｙ方向送り機構８は、Ｚ方向送り機構１０
の２つの移動台１０４ａ,１０４ｂの間にかけ渡された
２本の軸８４(スライド杵)、軸８４の一端部に配置され
た駆動モータ８２、駆動モータ８２の駆動軸の回転が伝
達する駆動プーリー８１、軸８４の他端部に取り付けら
れた従動プーリー８５、２つのプーリー８１,８５間に
Ｙ方向にかけ渡されたベルト８３、ベルト８３とヘッド
４とを固定した固定具(不図示)を有している。そして、
２本の軸８４(スライド杵)に、ヘッド４がスライド可能
に取り付けられている。このような構成において、駆動
モータ８２の駆動軸の回転が駆動プーリー８１に伝えら
れると、従動プーリー８５との間に張られたベルト８３
が送られ、このベルト８３に固定具で接続されたヘッド
４がＹ方向に往復移動する。

【００３６】ヘッド４には、立体物１の形成材料(後述)
を形成台３に向けて放出するノズル機構４ｂが搭載され
ている。このノズル機構４ｂは、適当な粒径(例えば、
直径数μｍ〜数ｍｍ程度)の粒状物(金属粒子、樹脂粒子
等)が投入される複数(本実施の形態では４つ)のホッパ
４ａ、互いに異なるホッパ４ａの底部につながった複数
のノズル５、各ノズル５に設けられている後述の加熱素
子に電圧を印加する電源回路(不図示、図２の２０１)を
備えている。

【００３７】そして、各ノズル５の内部には、それぞ
れ、図３(ａ)に示すように、ホッパ４ａから落下してく
る粒状物をノズル孔へと１粒ずつ導くための第一材料供
給路５１が形成されている。なお、この第一材料供給路
５１は、ノズル孔付近の内壁だけ摩擦が大きくされてい
る等により、次述の第二材料供給路からの吐出物の勢い
で粒状物がノズル孔から放出するようになっている。

【００３８】また、各ノズル５には、さらに、ノズル孔
近傍で第一材料供給路につながる適当な太さ(例えば、
直径μオーダ)の第二材料供給路５２が、第一材料供給
路５１に沿って形成されている。そして、この第二材料
供給路５２には、ノズル孔から粒状物７等を送出させる
ための加熱素子５３が付設されている。例えば、各ノズ
ル５の第二材料供給路５２に臘６(例えば、みつろう等)
を充填し、この臘６を、図３(ｂ)に示すように、各ノズ
ル５の加熱素子５３によって瞬時(例えば、数十μｓ以
下)に加熱させれば、そのときの圧力によって、図３
(ｃ)に示すように、粒状物７が１個ずつ溶融臘６の液滴
とともにノズル孔から吐出する。または、各ノズル５の
第二材料供給路５２に充填された臘６を、各ノズル５の
加熱素子５３によって溶融させ、その溶融液滴の重みで
粒状物７がノズル孔から落下するようにしてもよい。い
ずれの方法により粒状物をノズルから放出させることと
しても、互いに異なる色に着色した粒状物を各ホッパ４
ａに投入しておけば、各ノズル５から、互いに色の異な
る粒状物７を溶融臘６の液滴とともに吐出させることが
できる。すなわち、少なくとも表面の一部に溶融臘６の
塗膜が付着した粒状物７、理想的には溶融臘の塗膜６で
完全に被覆された粒状物７(図９参照)を各色ごとに吐出
させることができる。ここで用いる粒状物７としては、
図７で示したような中実のものを採用してもよいし、材
料の節約と立体物の軽量化のため、図８に示したような
中空のものを採用してもよい。

【００３９】なお、本実施の形態では、ヘッド４と形成
台３との双方を移動させるようにしているが、ヘッド４
と形成台３とが相対的にＸＹＺ方向に移動させることが
できれば、必ずしも、このようにする必要はない。例え
ば、形成台３を固定して、ヘッド４だけがＸＹＺすべて
の方向に移動するようにしてもよいし、ヘッド４を固定
して、形成台３だけがＸＹＺすべての方向に移動するよ
うにしてもよい。

【００４０】また、本実施の形態では、複数色の立体物
を製造するために、ホッパ４ａおよびノズル５を複数設
けているが、単一色の立体物を製造する場合には、必ず
しもそのようにする必要はない。単一色の立体物を製造
するのであれば、ホッパ４ａおよびノズル５は、少なく
とも１つずつ設けられていれば足りる。ただし、単一色
の立体物を製造する場合であっても、ノズル５を複数設
けておけば、複数のノズル５から粒状物等を吐出させな
がら、ヘッド４および形成台３を相対的に移動させるこ
とによって、製造速度の向上を図ることができる。

【００４１】また、本実施の形態では、形成台３等を移
動させる動力源としてモータを用いているが、モータに
代えて、エアシリンダ、オイルシリンダ等を用いてもよ
い。

【００４２】さて、本実施の形態に係る立体物製造装置
は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置によって
制御される。具体的には、図２に示すように、各送り機
構８,９,１０のモータ８２,９２,１０１を制御するモー
タコントローラ２００と、ノズル機構４ｂの各ノズル５
の加熱素子５３に電圧を印加する電源回路２０１とに、
情報処理装置２０２からの制御指令、具体的には、ヘッ
ド４および形成台３の移動先の位置情報(予め定義され
た三次元座標系におけるＸＹＺ座標値)、加熱素子への
電圧印加タイミングが与えられる。

【００４３】このように、情報処理装置から制御指令が
与えられると、本実施の形態に係る立体物製造装置は、
この制御指令により与えられる移動経路にそって、ヘッ
ド４と形成台３とを相対的に移動させながら、この制御
指令により与えられるタイミングで、溶融臘６が付着し
た粒状物７をノズル５から形成台３に向けて吐出させ
る。このときノズル５から順次吐出された粒状物７は、
図４に示すように、その表面に付着した溶融臘６(また
は半溶融臘)によって、形成台３上の臘付き粒状物６,７
の表面に付着し、適当な冷却時間経過後そこに固定され
る。これを繰り返すことによって、所期の３次元形状を
なすように臘で接着された粒状物群を得ることができ
る。本実施の形態に係る立体物製造装置は、このことを
利用して立体物１を製造する。以下、図５および図６に
より、この製造方法について説明する。なお、ここで
は、説明の便宜上、単一色の立体物を製造対象とする。

【００４４】立体物製造装置の各部は、情報処理装置２
０２からの制御指令にしたがって、以下のように動作す
る。

【００４５】まず、形成台３およびヘッド４の移動によ
り、所定の位置ａ₀にノズル５の先端が位置合わせされ
る。その後、所定のノズル５が、立体物１の三次元形状
の断層パターン(最下層)の形状に応じた領域内を走査す
るように、移動台３とヘッド４とがそれぞれ移動する。
具体的には、図５(ａ)に示すように、ノズル５が、Ｙ方
向に往復移動しながら、粒状物３の直径に相当する距離
ｄずつＹ方向に間欠的に移動するように、移動台３とヘ
ッド４とがそれぞれ移動する。この間、ノズル５の加熱
素子５３には一定時間おきに電圧が印加されているた
め、ノズル５から一定時間おきに臘６および粒状物７が
ノズル５から吐出される。そして、ノズル５の先端が移
動開始位置ａ₀から最終位置ａ_nまで移動すると、その間
のノズル５からの吐出物６,７によって、図５(ｂ)に示
すように、立体物１の最下層断層パターン３００ａ₁が
形成台３上に形成される。このとき、空気、揮発性の水
溶液等を吹き付けて、臘６の硬化を促進するようにして
もよい。

【００４６】その後、形成台３およびヘッド４の移動に
より、立体物１の最下層断層パターン３００ａ₁上の所
定の位置(第二層目の断層パターンの形成開始位置)にノ
ズル５の先端が位置合わせされる。そして、最下層パタ
ーン形成の場合と同様にして、ノズル５が、一定時間お
きに臘６および粒状物７を吐出しながら、図６(ａ)に示
すような経路に沿って、立体物１の三次元形状の断層パ
ターン(第二層目)の形状に応じた領域内を走査する。そ
して、ノズル５の先端が移動開始位置ｂ₀から最終位置
ｂ_nまで移動すると、図６(ｂ)に示すように、先に形成
された最下層断層パターン３００ａ₁上に積み重なるよ
うに、立体物１の第二層目の断層パターン３００ａ₂が
形成される。

【００４７】このように、所期の三次元形状の断層パタ
ーンを下層側から順次形成してゆくことにより、最終的
には、所期の三次元形状の立体物１が形成台３上に完成
される。なお、複数色の立体物１を製造対象とする場合
には、立体物１の断層パターンの単位面積当たりの各色
の粒状物７の占有面積率が適当な値になるように、各ノ
ズルの加熱素子５３への電圧印加タイミングを適宜に調
整すれば、各種の色を立体物の色として再現することが
できる。

【００４８】このように、本実施の形態に係る立体物製
造方法によれば、所期の三次元形状の断層パターンを下
層側から順次形成してゆくだけで立体物を製造すること
ができる。このような製造方法は、図１に示したよう
な、ノズルと形成台とを相対的に移動させる移動機構、
粒状物等を放出するノズル機構を備えるだけの簡略な構
成の装置、すなわち、ＮＣ旋盤等よりも単純な構成でか
つ安価に実現できる装置によって実施可能である。そし
て、この装置を情報処理装置が制御するようにすれば、
ユーザは、熟練や手間が要求されることもなく、プリン
タから画像を出力するような感覚で立体物を簡単に自動
製造させることができるようになる。

【００４９】さて、以上においては、立体物１の形成材
料として、粒状物７および臘６を用いているが、形成台
に落下したときに接着力を有する粒状物、または、形成
台に落下したときに接着力を有する塗膜が付着した粒状
物を形成できれば、どのようなものを用いてもよい。す
なわち、予備実験等によりそのようなことを可能とする
性質が確認されれば、どのような材料を用いてもよい。
また、形成台３上で粒状物群が凝集するのであれば、必
ずしも、形成台に落下したときに、粒状物が、接着力、
接着力のある塗膜を有する必要もない。以下、それらの
具体例(１)〜(４)を挙げる。

【００５０】(１)接着剤を形成台３に向けて噴霧または
滴下し、その接着剤が付着した領域に粒状物を放出する
ようにしてもよい。このようにする場合には、図１４に
示すように、前述のノズル５の代わりに、１対のノズル
５ｃ₁,５ｃ₂を用いればよい。

【００５１】この１対のノズル５ｃ₁,５ｃ₂のうち、一
方のノズル５ｃ₂は、その先端部が下方に向けられ、か
つ、その末端がホッパ４ａの底部につながっている。ま
た、このノズル５ｃ₂には、ホッパ４ａとノズル孔との
間を開閉する開閉弁、例えば、粒状物７の進行をスライ
ドして阻止するストッパ５５を有している。したがっ
て、このストッパ５５が開かれたとき、ノズル５ｃ₂の
先端のノズル孔から粒状物７が１粒ずつ形成台３に向け
て落下する。

【００５２】他方のノズル５ｃ₁の末端は、接着剤を供
給する接着剤供給装置につながれている。このため、接
着剤供給装置の接着剤が、このノズル５ｃ₁の先端のノ
ズル孔から噴霧または滴下する。

【００５３】このような１対のノズル５ｃ₁,５ｃ₂と形
成台３とを、一方のノズル５ｃ₂のノズル孔が他方のノ
ズル５ｃ₁のノズル孔の軌跡を走査するように相対的に
移動させれば、接着剤が付着した領域に粒状物を落下さ
せることができる。これにより、前述の場合と同様、接
着剤で接着された粒状物群、すなわち、立体物１が完成
する。

【００５４】(２)臘６の代わりに、はんだ、熱可塑性接
着剤そのほかの熱可塑性物質を用いることにしてもよ
い。特に、それが適当な温度で蒸発する熱可塑性接着剤
であれば、急激な加熱でノズル孔から吐出させる方法を
採用する場合にも臘６の代わりとして用いることができ
る。なお、熱可塑性接着剤を用いる場合には、空気、揮
発性の水溶液等吹付けの他、熱可塑性接着剤に化学変化
を起こさせる薬品等の噴霧によって、熱可塑性接着剤の
硬化を促進するようにしてもよい。

【００５５】(３)熱可塑性物質だけを、立体物１の形成
材料としてもよい。このような粒状物の一例としては、
臘、ハンダ、エチレン塩化ビニール等の熱可塑性樹脂等
が挙げられる。このような形成材料を用いる場合には、
その溶融液滴を粒状物として形成台３上へと放出させる
ため、前述のノズル５の代わりに、例えば、図１１(ａ)
に示すような構造のノズル５ｂを用いる。

【００５６】このノズル５ｂには、前述のノズル(図３
参照)と異なり、ホッパ４ａの底部につながる第一材料
供給路５１が形成されおらず、ノズル孔につながった第
二材料供給路５２だけが形成されている。そして、この
第二材料供給路５２は、その先端部が下方に向けられ、
かつ、その内壁面にテフロン加工等が施されている。

【００５７】例えば、図１１(ｂ)に示すように、この第
二材料供給路５２に臘７ａ(例えば、みつろう等)を充填
し、この臘７ａを、各ノズル５の加熱素子５３の熱によ
って溶融させると、図１１(ｃ)(ｄ)に示すように、その
溶融臘７ａが表面張力によって粒状物７となってノズル
孔から適下する。または、この第二材料供給路５２に充
填された臘７ａを加熱素子５３によって瞬時(例えば、
数十μｓ以下)に加熱溶融させ、そのときの圧力によっ
て、溶融臘の粒状物７としてノズル孔から吐出させるよ
うにしてもよい。いずれにしても、溶融臘の液滴が粒状
物７として落下する。この粒状物７は、適度に硬化した
状態で形成台３上に落下する。このような粒状物群が凝
集し、適当な冷却時間経過後に立体物１として完成する
点は、前述の場合と同様である。

【００５８】(４)熱等で溶融する粒状物を、粒状物７お
よび臘６の代わりに用いることにしてもよい。このよう
な粒状物の一例としては、臘の粒状物、ハンダの粒状
物、熱可塑性樹脂の粒状物等が挙げられる。なお、この
粒状物も、中実のものであると(図７参照)、中空のもの
であるとを問わない(図８参照)。

【００５９】このような、熱等で溶融する粒状物を用い
る場合には、少なくともノズルから吐出された時点にお
いて、粒状物の少なくとも表面の一部を半溶融状態また
は溶融状態にすることによって、粒状物自体に接着力を
もたせる必要がある。したがって、このような粒状物を
用いる場合には、前述のノズル５の代わりに、例えば、
図１０(ａ)に示すような構造のノズル５ａを用いればよ
い。このノズル５ａには、前述のノズル(図３参照)と異
なり、第二材料供給路５２が形成されておらず、ホッパ
４ａの底部につながる第一材料供給路５１のみが形成さ
れている。そして、この第一材料供給路５１は、先端部
が下方に向けられており、かつ、その内壁面にはテフロ
ン加工等がされている。

【００６０】また、このノズル５ａは、第一材料供給路
５１を開閉する開閉弁、例えば、第一材料供給路５１内
のおける粒状物７の進行をスライドして阻止するストッ
パ５４を有している。さらに、このノズル５ａには、ス
トッパ５４よりも先端側に、適当な大きさの加熱素子５
３ａが付設されている。

【００６１】図１０(ｂ)に示すように、ストッパ５４が
開かれると、ホッパ４ａから押し出された粒状物７が、
１粒ずつ、ノズル孔に向かって第一材料供給路５１内部
をさらに進行する。ここを通過中に、粒状物７は、加熱
素子５３ａからの熱によって、その表面から溶融し始め
る。そして、少なくとも表面の一部が半溶融状態または
溶融状態となってから、図１０(ｃ)に示すように、ノズ
ル孔から形成台３に向かって落下する。ノズルからの粒
状物群が凝集し、適当な冷却時間経過後に立体物１とし
て完成する点は、前述の場合と同様である。

【００６２】なお、このノズル５ａについては、ストッ
パ５４からノズル孔までを、第一材料供給路５１を通過
中の粒状物が適度な熱を得ることができる適当な距離に
することが望ましい。

【００６３】ところで、本実施の形態に係る立体物製造
装置には、必要に応じて他の機構を付加しても構わな
い。

【００６４】例えば、テフロン加工されたならし用部材
(ローラ、へら等)、このならし用部材を移動させる移動
機構をさらに付加することによって、後述の各断層パタ
ーンが形成されるごとに、その断層パターンのうえから
ならし用部材で押しならすようにしてもよい。このよう
にすれば、立体物内部の空隙を少なくすることができ
る。

【００６５】また、図１２に示すように、立体物１をレ
ーザ加工するためのレーザビームを出射するレーザ１２
００、レーザビームの照射部から溶融物等を吹き飛ばす
ためのエアを噴射するエアノズル１２０１をヘッド４に
取り付けてもよい。粒状物として貴金属を使用した場合
等には、それを回収する吸引ノズルをエアノズル１２０
１の代わりに取り付けてもよい。これらがヘッド４に取
り付けられていれば、図１３に示すように、大きめに形
成された立体物１を所期の三次元形状にあうように加工
することが可能となる。なお、加工圧力を検知する圧力
センサー１２０２をヘッド４に取り付けて、圧力センサ
ー１２０２の出力が情報処理装置２０２にフィードバッ
クされるようにしてもよい。また、レーザ１２００の代
わりに、臘等を溶融させる発熱体を取り付けてもよい。

【００６６】なお、本実施の形態に係る立体物製造装置
は、以上において説明したノズルのうちの１種類だけを
１以上備えてもよいし、複数種類を複数備えていてもよ
い。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、単純な構成の製造装置
で立体物を簡単に製造することができる。また、立体物
を自動製造することができ、しかも、単純な装置構成で
実現される立体物製造装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る立体物製造装置の斜
視図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る立体物製造装置の制
御系のブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態に係るノズルの断面図であ
る。

【図４】立体物が形成される過程を説明するための図で
ある。

【図５】本発明の一実施形態に係る立体物製造方法を説
明するための図である。

【図６】本発明の一実施形態に係る立体物製造方法を説
明するための図である。

【図７】本発明の一実施形態に係る粒状物の断面図であ
る。

【図８】本発明の一実施形態に係る粒状物の断面図であ
る。

【図９】本発明の一実施形態に係る、層状構造の粒状物
の断面図である。

【図１０】本発明の一実施形態に係るノズルの断面図で
ある。

【図１１】本発明の一実施形態に係るノズルの断面図で
ある。

【図１２】本発明の一実施形態に係る立体製造装置の工
具部の拡大図である。

【図１３】本発明の一実施形態に係る立体物製造方法を
説明するための図である。

【図１４】本発明の一実施形態に係るノズルの断面図で
ある。

【符号の説明】１…立体物２…ベース(基台) ２ａ…案内面３…形成台４…ヘッド４ａ…ホッパ４ｂ…ノズル機構５,５ａ,５ｂ…ノズル５１…第一材料供給路５２…第二材料供給路(送出手段) ５３,５３ａ…加熱素子(電熱器) ６…臘(または接着剤) ７…粒状物８…Ｙ方向送り機構(横方向移動手段) ８１…駆動プーリー８２…駆動モータ８３…ベルト８４…軸(スライド杵) ８５…従動プーリー９…Ｘ方向送り機構(縦方向移動手段) ９１…ベルト９２…駆動モータ９３…駆動プーリー９４…従動プーリー９５…固定具１０…Ｚ方向送り機構(高さ方向移動手段) １０１…駆動モータ１０２…スプライン軸１０３ａ,１０３ｂ…歯車付きの送りネジ(棒ねじ) １０４ａ,１０４ｂ…移動台(ノズル機構台) ２００…モータコントローラ２０１…電源回路１２００…レーザ(または発熱体) １２０１…エアノズル(または吸引ノズル) １２０２…圧力センサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】立体物を自動的に製造する立体物製造装置
であって、前記立体物が形成される形成台と、１以上のノズルと、外部からの制御指令に応じて、前記形成台と前記１以上
のノズルとを相対的に移動させる移動手段とを備え、前記１以上のノズルは、接着力を有する粒状物、および、接着力を有する塗膜が
付着した粒状物のうちの何れか一方を、外部からの制御
指令に応じて前記形成台に向けて放出する、または、外部からの制御指令に応じ、前記形成台に接着剤を向け
て放出するとともに、当該接着剤の付着領域に付着する
ように粒状物を前記形成台に向けて放出する、ことを特徴とする立体物製造装置。
【請求項２】立体物を自動的に製造する、立体物の製造
方法であって、接着力を有する粒状物、または、接着力を有する塗膜が
付着した粒状物を１以上のノズルから形成台に向けて放
出させながら、前記形成台と前記１以上のノズルとを相
対的に移動させることにより、前記粒状物群で前記立体
物の断層パターンを前記形成台上に形成するステップ、および、前記形成台と前記１以上のノズルとを相対的に移動させ
ながら、前記１以上のノズルから前記形成台に接着剤を
向けて放出させるとともに、前記接着剤の付着領域に付
着するように前記１以上のノズルから粒状物を放出させ
るステップ、のうちのいずれか一方のステップを、前記断層パターン
の積層により前記立体物が形成されるまで繰り返すこと
を特徴とする、立体物の製造方法。